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알칼리 금속 붕소 인산염 결정체 소재 연구
‘붕소 인산염(Boron Phosphate)’은 구조 속에는 ‘붕소 산소 그룹(Boron-oxygen groups)’을 포함하는 동시에 ‘인 산소 그룹(Phosphorus-oxygen groups)’을 포함한 신형 화합물 체계에 속한다. 잠재적인 신형 기능소재로서 ‘붕소 인산염’은 최근 년간 과학자들의 폭넓은 관심을 받고 있다.
‘붕소 인산염’을 연구 대상으로 한 원자 차원에서의 결정체 구조-성능 관계에 대한 심층적인 연구와 신형 ‘붕소 인산염 결정체 소재’ 성장 방법, 특성에 대한 측정 테스트와 응용 전망에 대한 평가를 위한 탐색 연구는 국내외 과학기술 분야 선행연구의이슈로 부상하였다.
중국과학원 신장(新疆)물리화학기술연구소 판스리에(潘世烈) 연구원이 주도하는 ‘광 전기 기능 소재 연구팀’은 최근 관련 연구를 통해 ‘알칼리 금속 붕소 인산염 체계’에 대한 계통적인 연구를 실행하였으며, 네 가지 신형 ‘복합 금속 붕소 인산염’ Li2Cs2B2P4O15, LiK2BP2O8과 Li3M2BP4O14 (M=K，Rb)를 디자인하고 합성하는데 성공하였다.
연구팀은 이번 연구를 통해 네 가지 신형 ‘복합 금속 붕소 인산염’ 화합물 구조는 유사성을 보유하고 있으며, BO4와 PO4는 복합적으로 2차원 음 이온 계층 구조를 형성하였으며, 알칼리 금속 이온은 네트워크 구조 중의 균형 전하에 위치한다는 점을 발견하였다.
연구팀이 합성한 네 가지 화합물 속에는 세 가지 다른 유형의 음 이온 그룹이 포함되어 있으며, 그 중 B4P8O30와 B(P2O7)2 구조 원형(Structural primitives) 속에는 매우 희귀한 P-O-P 연결이 존재한다는 점이 발견되었다. 이런 새로운 구조는 결정체 구조 화학의 폴링(Pauling) 제4원칙을 위반하며 최초로 복합 금속 붕소 인산염 체계 속에서 발견되었다.
이번 발견은 붕소 인산염 구조 체계를 탐색하고 관련 내용을 풍부히 하는데 유리할 뿐만 아니라 구조 성능 관계 연구 및 신형 기능 소재에 대한 탐색을 위해 중요한 기반을 제공해 주었다.
이번 연구를 통해 달성한 성과는 Further Examples of the P-O-P Connection in Borophosphates: Synthesis and Characterization of Li2Cs2B2P4O15, LiK2BP2O8, and Li3M2BP4O14 (M=K, Rb)라는 테마로 Chemistry-A European Journal(2012, 18, 12046?12051) 학술지에 발표되었다.
이번 연구는 국가자연과학기금위원회의 ‘기초과학 연구 프로젝트’ 비용, 중국과학원의 ‘해외에서 유치한 우수인재 지원 기금’ 및 ‘지식혁신 공정 중요 방향 프로젝트’ 비용의 지원을 받아 추진되었다.
그림 1. 두 가지 다른 음 이온 원형 B4P8O30(좌측)와 B(P2O7)2(우측)의 붕소 인산염을 포함한 체계 속의 비정상 P-O-P 연결
출처 : http://www.cas.cn/ky/kyjz/201210/t20121022_3664249.shtml
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